基于单片机的一氧化碳报警器设计

论文总字数：18327字

摘 要

一氧化碳属于易燃、易爆、有毒气体，人类无法用肉眼看到。当煤炭不完全燃烧时，可释放出一氧化碳，人体在短时间内呼吸较高浓度的一氧化碳，可造成急性中毒死亡。本设计所研究的一氧化碳报警系统包括：信号采集电路、调理电路、A/D转化电路、单片机控制电路、报警模块组成，首先利用传感器对一氧化碳气体浓度信号进行监测并且变成电压信号，选择合适的放大电路，将电压放大到A/D所需要的电压，经过模数转换，将检测的电压值传送到单片机，在单片机中完成以及设定电压信号进行比较，当气体浓度超过设定值时，自动报警。

关键字：一氧化碳；传感器；单片机；报警器

Carbon monoxide alarm device based on single chip microcomputer

Abstract

Carbon monoxide is flammable, explosive, toxic gases, human beings can not be seen with the naked eye. When the coal is not completely burned, can be released from carbon monoxide, the human body in a short period of breathing high concentrations of carbon monoxide, can cause acute poisoning death. The design and research of carbon monoxide alarm system comprises a signal acquisition circuit, a conditioning circuit, A / D conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, alarm module. Firstly, the sensor for carbon monoxide gas concentration signal monitoring and converted into the voltage signal, choose the suitable amplifying circuit, amplifies the voltage to the voltage required by the A / D, after the A / D conversion, the detection of the voltage value is transmitted to the MCU, the MCU and set the voltage signal, when the gas concentration exceeds the set value, automatic alarm.

Keywords: carbon monoxide; sensor; single chip microcomputer; alarm

目录

摘 要 III

Abstract IV

第一章 引 言 1

1.1选题背景与意义 1

1.2一氧化碳报警的概述 1

1.3一氧化碳报警器的发展 2

1.4本设计主要的任务 2

第二章 方案设计 3

2.1方案的设计要求 3

2.2初始化方案 3

2.2.1方案的论证 4

2.2.2一氧化碳气体传感器的选型 4

2.2.3 MQ-7特点 4

2.3系统组成 4

第三章 一氧化碳报警控制器的硬件设计 6

3.1一氧化碳报警器的设计 6

3.2主控模块 6

3.2.1 AT89C51单片机简介 6

3.2.2单片机的引脚说明 7

3.3 A/D转换电路模块 7

3.4 MQ-7传感器电路模块 8

3.4.1 MQ-7工作原理 8

3.4.2传感器电路 8

3.5声音报警电路模块 8

3.6单片机最小系统 9

3.6.1复位电路 10

3.6.2晶振电路 10

3.7按键选用 10

3.7.1按键电路 10

3.8液晶显示器LCD1602模块 11

3.8.1液晶显示器LCD1602原理简介 11

3.8.2液晶显示器的分类 11

3.8.3 1602字符型LCD简介 11

3.8.4 LCD1602主要技术参数： 12

3.8.5引脚功能说明 12

3.8.6 1602LCD电路 13

第四章 软件设计流程 14

4.1主程序流程图 14

4.2 A/D转换子程序流程图 15

4.3浓度转化流程图 16

第五章 软硬件调试 17

5.1硬件的调试 17

5.1.1检查操作故障 17

5.1.2 排除元器件故障 17

5.1.3 检查电源 17

5.2软件调试 17

5.3软、硬件整体调试 17

5.4实物最终操作结果 18

5.5设计的难点与展望 19

第六章 结束语 21

致 谢 22

参考文献（References） 23

附 录 24

第一章 引 言

随着城市重工业、天然气事业和化工行业的快速发展，一氧化碳气体在不断增加，这些易燃易爆气体给人们的正常生活带来了威胁，有毒气体的泄漏会导致事故的发生，比如中毒、火灾等重大事故，人们现在很重视工作的安全生产，对生产的技术也有了很高的提高，不断的在研发、创新性能稳定，更具有实际意义的气体安全报警控制器。

比较简单的一氧化碳报警控制器，对于可燃气体传感器的特性修补，在匹配补偿传感器的方式上我们选用了硬件调整方式；虽然这种调节方式比较容易操作，很方便单一，但是补偿的范围却是非常窄小，在选择匹配传感器的零部件时比较困难，不能够得到很好的修补效果。因此，本次设计采用了“传感器 单片机控制电路”设计思路[1]。

本次设计主要以以AT89C51芯片为控制核心，用对气体比较敏感，性能比较稳定的MQ-7气体传感器来检测外部不同气体的浓度，应用外部硬件的电路对一氧化碳气体进行报警控制。而AT89C51芯片具有很大的功能特性，综合性价比高，适合不同产品的大规模生产。同时，我们所设计的一氧化碳气体报警控制器操作很简单，实际意义高，价格低廉，安全稳定性高等特点，所以非常适合生产贮存仓库，以及家庭厨房等场所使用，具有很高的安全保护性。

对于许多企业工厂来讲，为了能够安全的生产，降低事故的发生，市场的需求不断增加。现在国内外许多厂家都在开发研制新型的产品。根据自己所学习的知识，从实际意义出发，设计出一种简单易操作的一氧化碳报警控制系统，主要对易燃，有毒的气体进行很好的检测控制。

1.1选题背景与意义

由于我国燃气的不断快速发展煤气和天然气已经成为许多家庭使用的燃料，据统计，每年因没有安全使用煤气和产品质量问题导致泄露，引起中毒事件，因室内泄露煤气浓度过高，全国每年都会发生几千起恶性爆炸事件，所以怎样安全有效的防止煤气中毒与爆炸已经成为人们迫切需要。

为了预防一氧化碳的泄漏，人们采用了各种措施。设计一个一氧化碳报警装置实现自动报警是一种较好的方法，当泄漏的气体达到危险极限值时报警器就会发生鸣响和声光报警，从而保护人身和财产安全。所以提高新的一氧化碳报警产品有重要的实践意义，只有这样才能够在解释中国发展情景上形成新的发展理论，人们的生活安全上得到保障。

1.2一氧化碳报警的概述

一氧化碳报警器在控制气体设备中是非常重要的安全控制设备，它是我们在使用易燃易爆气体时重要的保护。在本次设计中单片机和传感器的选用是设计的核心，一氧化碳报警器中气体传感器的种类很多，例如电化学原理传感器、红外原理传感器、催化燃烧原理传感器，这些传感器都可以把周围的可燃有毒气体吸附，在传感器中进行化学反应和电化反应，使传感器的物理特性改变，然后在通过单片机的处理，就可以实现报警功能。一氧化碳气体报警器由气体传感器检测到周围环境可燃气体的浓度，通过系统的信号采样，将采集到的电信号进行模数转换，转换成单片机能识别的模拟量，当气体达到预设的安全值，通过控制实现报警。

1.3一氧化碳报警器的发展

一氧化碳报警控制器在国外已经成为相当成熟的安全保护产品，日本是最早发明的气体报警器的国家，日本政府大力推广气体报警器的使用，使可燃气体爆炸等事故远远低于其它发展中的国家。目前气体传感器的集中表现：首先提高传感器稳定性、高效性，尤其是传感器的灵敏度尤其重要，另外降低功耗，节约成本，改小尺寸，优化电路，与整机的应用相结合，这也是一氧化碳气体传感器一直所追求的。

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